鐵的基礎知識及鐵的分類

鐵的基礎知識及鐵的分類

生鐵是指把鐵礦石4放到高爐中冶煉5而成的產(chǎn)品，也叫“銑鐵”。
生鐵是高爐產(chǎn)品，可分為6普通生鐵和合金生鐵，前者包括煉鋼生鐵和鑄造生鐵，后者主要是錳
鐵和硅鐵。合金生鐵作為煉鋼的輔助材料，在煉鋼時做鋼的脫氧劑和合金元素添加劑用。
生鐵是含碳量2.11%~6.67%并含有非鐵雜質(zhì)較多的鐵碳合金。生鐵的雜質(zhì)元素主要是硅、硫、
錳、磷等。
生鐵質(zhì)硬而脆，缺乏韌性，幾乎沒有塑性變形能力，因此不能通過鍛造、軋制、拉拔等方法加
工成形。但含硅高的生鐵（灰口鐵）的鑄造及切削性能良好。

4 鐵的主要礦石有：赤鐵礦Fe2O3，含鐵量在50%~60%之間；磁鐵礦Fe3O4，含鐵量60%以上有磁性，還有褐鐵礦2Fe2O3-·3H2O、菱鐵
礦FeCO3和黃鐵礦FeS2，它們的含鐵量低一些，但比較容易冶煉。中國的鐵礦資源非常豐富，著名的產(chǎn)地有湖北大冶、東北鞍山等。
5 單質(zhì)鐵的制備一般采用冶煉法。以赤鐵礦Fe2O3和磁鐵礦Fe3O4為原料，與焦炭和助溶劑在熔礦爐內(nèi)反應，焦炭燃燒產(chǎn)生CO2氣，CO2
氣與過量的焦炭接觸就生成CO 氣，CO 氣和氧化鐵作用就生成金屬鐵。
C+O2=CO2 CO2+C=2CO
Fe3O4+CO=3Fe+CO2 Fe2O3+CO=2Fe+CO2 FeO+CO=FeO+CO2
6 另一種理解是：生鐵、鐵合金屬于爐料，即治煉用原料。鑄鐵是用生鐵（主要是鑄造生鐵）治煉后的產(chǎn)品。

1.生鐵
生鐵是含碳量大于2％（2.11%）的鐵碳合金，工業(yè)生鐵含碳量一般在2.5%~4.0%，并含Si、
Mn、S、P 等元素，是用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品。
生鐵生鐵按含硅（Si）量劃分鐵號，按含錳（Mn）量分組，按含磷（P）量分級，按含硫（S）
量分類。
1）煉鋼生鐵
煉鋼生鐵含硅量不大于1.7%，碳以Fe3C 狀存在。故硬而脆，斷口呈白色。主要用作煉鋼原料
和可鍛鑄鐵原料，煉鋼生鐵見下表所示。
煉鋼用生鐵（根據(jù)GB717-82）：鐵號 代號 L04 L08 L10

2）鑄造用生鐵
鑄造生鐵硅含量為1.25~3.6%。碳多以石墨狀態(tài)存在。斷口呈灰色。軟、易切削加工。主要用
來生產(chǎn)各種鑄鐵件原料如床身、箱體等。鑄造生鐵見下表所示：
鑄造用生鐵（根據(jù)YB/T14–91）

鐵號   牌號 鑄34 鑄30 鑄26 鑄22 鑄18 鑄14

         代號 Z34 Z30 Z26 Z22 Z18 Z14

3）球墨鑄造用生鐵
球墨鑄造用生鐵也是一種鑄造生鐵，只是低硫低磷。低硫使碳充分在鐵中石墨化。低磷提高生
鐵的機械性能；主要用于生產(chǎn)性能（機械性能）較好的球墨鑄鐵件。球墨生鐵見下表所示：
球墨鑄鐵用生鐵（根據(jù)GB1412-85）
牌號 Q10 Q12 Q16
此外現(xiàn)在應用的還有含釩生鐵、鑄造用磷銅鈦低合金耐磨生鐵，見下面兩個表：
含釩生鐵（根據(jù)GB5025-85）
鐵號  牌號 釩02 釩03 釩04

        代號 F02 F03 F04 F05

鑄造用磷銅鈦低合金耐磨生鐵（根據(jù)GB9949-88）
鐵號 NMZ34 NMZ30 NMZ26 NMZ22 NMZ18 NMZ14

2.鑄鐵7
鑄鐵是含碳大于2.11%的鐵碳合金，它是將鑄造生鐵（部分煉鋼生鐵）在爐中重新熔化，并加
進鐵合金、廢鋼、回爐鐵調(diào)整成分而得到。與生鐵區(qū)別是鑄鐵是二次加工，大都加工成鑄鐵件。鑄
鐵件具有優(yōu)良的鑄造性可制成復雜零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，
價格低等特點。

7 根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形態(tài)不同，通?？蓪㈣T鐵分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵及麻口鑄鐵。見下表：

對任何一種特種鑄鐵而言，首先是要求具備一定的使用性能，如抗磨、耐熱等。但由于是用來制造機器零件，就需要保證有一定的機械性
能，主要是強度和塑性，為此需要在鑄鐵的化學成分設計上，考慮同時滿足特定的使用性能和一定的機械性能這兩方面的要求。

1）鑄鐵牌號的表示方法
各種鑄鐵代號，由表示該鑄鐵特征的漢語拼音字母的第一個大寫正體字母組成。當兩種鑄鐵名
稱的代號字母相同時，可在該大寫正體字母后加小寫正體字母來區(qū)別。同一名稱鑄鐵，需要細分時，
取其細分特點的漢語拼音第一個大寫正體字母，排列在后面。見下表：
鑄鐵名稱、代號及牌號表示方法（根據(jù)GB5612-85）

牌號中代號后面的一組數(shù)字，表示抗拉強度值；有兩組數(shù)字時，第一組表示抗拉強度值，第二
組表示延伸率值。兩組數(shù)字中間用“一”隔開。
合金元素用國際元素符號表示，含量大于或等于1%時，用整數(shù)表示：小于1 %時一般不標注。
常規(guī)元素（C、Si、Mn、S、p）一般不標注，有特殊作用時，才標注其元素符號及含量。
2）白口鑄鐵
白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體（Fe3C）形式存在，因斷口呈亮白色。故稱白口鑄鐵，由于有
大量硬而脆的Fe3C，白口鑄鐵硬度高、脆性大、很難加工。因此，在工業(yè)應用方面很少直接使用，
只用于少數(shù)要求耐磨而不受沖擊的制件，如拔絲模、球磨機鐵球等。大多用作煉鋼和可鍛鑄鐵的坯
料。
3）灰口鑄鐵
鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態(tài)片狀石墨存在。斷口呈灰色。它具有良好鑄造性能、切削加
工性好，減磨性，耐磨性好、加上它熔化配料簡單，成本低、廣泛用于制造結構復雜鑄件和耐磨件。

灰口鑄鐵按基體組織不同，分為鐵素體基灰口鑄鐵、珠光體-鐵素體基灰口鑄鐵和珠光體基灰口鑄鐵
三類。
由于灰口鑄鐵內(nèi)存在片狀石墨，而石墨是一種密度小，強度低、硬度低、塑性和韌性趨于零的
組分。它的存在如同在鋼的基體上存在大量小缺口，即減少承載面積，又增加裂紋源，所以灰口鑄
鐵強度低、韌性差，不能進行壓力加工。為改善其性能，在澆注前在鐵水中加入一下量的硅鐵，硅
鈣等孕育劑，使珠光體基體細化，石墨變細小而均勻分布，經(jīng)過這種孕育處理的鑄鐵。稱為孕育鑄
鐵?；铱阼T鐵的牌號、性能組織及用途見下表：
表4-21 灰口鑄鐵的牌號、組織及用途

4）可鍛鑄鐵
可鍛鑄鐵是用碳、硅含量較低的鐵碳合金鑄成白口鑄鐵坯件，再經(jīng)過長時間高溫退火處理，使
滲碳體分解出團絮狀石墨而成，即可鍛鐵是一種經(jīng)過石墨化處理的白口鑄鐵。
可鍛鑄鐵按熱處理后顯微組織不同分兩類；一類是黑心可鍛鑄鐵和珠光可鍛鑄鐵。黑心可鍛鑄
鐵組織主要是鐵素體（F）基本+團絮狀石墨；珠光體可鍛鑄鐵組織主要是珠光體（P）基體+團絮狀
石墨。另一類是白心可鍛鑄鐵，白心可鍛鑄鐵組織決定于斷面尺寸，小斷面的以鐵素體為基體，大
斷面的表面區(qū)域為鐵素體、心部為珠光體和退火碳。可鍛鑄鐵牌號、性能（根據(jù)GB9440-88）見下
兩表：
黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵

注：①試樣直徑12mm只適于鑄鐵主要壁厚小于10mm的鑄鐵。②牌號KTH30006適于氣密性零件。③牌號B系列為過渡牌號。
白心可鍛鑄鐵
牌
號
KTB350-04 KTB380-12 KTB400-05 KTB450-07
黑心可鍛鑄鐵主要用于制造汽車、拖拉機零件及機床附件、如輪殼、彈簧支座、閥門等。珠光
體可鍛鑄鐵則用于制造曲軸、連桿、輪軸、活塞環(huán)等。
5）球墨鑄鐵
在鐵水（球墨生鐵）澆注前加一定量的球化劑（常用的有硅鐵、鎂等）使鑄鐵中石墨球化。由
于碳（石墨）以球狀存在于鑄鐵基體中，改善其對基體的割裂作用，球墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強
度、塑性、沖擊韌性大大提高。并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛替代可
鍛鑄鐵及部分鑄鋼、鍛鋼件、如曲軸、連桿、軋輥、汽車后橋等。根據(jù)GB1348-88 球墨鑄鐵牌號分
為單鑄和附鑄試塊兩類；單鑄試塊分八個牌號見下表：
單鑄試塊

牌號 QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7
主要金相組織 鐵素體 鐵素體 鐵素體 鐵素體+珠光體
牌號 QT600-3 QT700-2 QT800-2 QT900-2
主要金相組織 珠光體+鐵素體 珠光體 珠光體或回火組織 貝氏體或回火馬氏體
附鑄試塊分為五個牌號見下表：
附鑄試塊
牌號 QT400-18A QT400-15A QT500-7A QT600-3A QT700-2A
主要金相組織 鐵素體 鐵素體 鐵素體+珠光體 珠光體+鐵素體 珠光體
注： 牌號后面的字母A 系表示該牌號在附鑄試塊上測定的機械性能， 以區(qū)別上表的單試塊測定的性能。
除上述介紹幾種常用鑄鐵外，還有抗磨白口鑄鐵、冷硬鑄鐵，耐熱鑄鐵等。

鑄造生鐵通過鍛化、變質(zhì)、球化等方法可以改變其內(nèi)部結構，改善并提高其機械性能，因此，
鑄造生鐵又可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特種鑄鐵等品種。